CytoSoft^® Modulus lemezek sejtkultúrához

• Mi a rugalmassági modulus?
• Elasztikus modalitás jelentősége a sejtkultúrában
• CytoSoft^® Elasztikus modulus lemezek
• Terméktáblázat

 

Mi a rugalmassági modulus?

A Young-féle rugalmassági modulus az anyag merevségét mérő mechanikai tulajdonság, amelyet kilopascal nyomáson (kPa) fejeznek ki. A sejtek kölcsönhatásba lépnek a helyi 3D mikrokörnyezetükkel, és a testben különböző mátrixmerevségű mátrixban tartózkodnak, amely a szövetek elhelyezkedése vagy a betegség állapota alapján változik.

A mechanotranszdukció azok a folyamatok, amelyeken keresztül a sejtek érzékelik a mechanikai ingereket és reagálnak rájuk. A sejtek a mechanikai ingereket biokémiai jelekké alakítják át, amelyek aztán specifikus sejtválaszokat váltanak ki. A mechanikai erő és a szabályozó jelek a extracelluláris mátrix (ECM) fókuszos adhéziókon keresztül jutnak el a sejthez, amelyek a sejt külső oldalán található nagy makromolekuláris egységek.

Elastic Modality Importance in Cell Culture

Az emberi szövetek és szervek rugalmassági modulusa alacsony, 0,2 és 64 kPa között mozog, míg a szövettenyésztő eszközök rugalmassági modulusa sokkal magasabb, 1x10⁷ kPa. A relevánsabb in vitro sejtmodellek létrehozása érdekében a kutatók elkezdték sejtjeiket puhább 3D-hidrogéleket és szubsztrátokat, amelyek jobban reprezentálják a natív szöveti merevségeket. Például a merevebb szubsztrátra való váltás megváltoztatja a humán mesenchymális őssejtek, hogy a porc- és zsírszövetekkel¹ szemben a csontképződésnek kedvezzenek.

1. ábra. Különböző in vivo szövetek natív mátrixmerevségei.

1. táblázat. A mátrix merevségének hatása a sejtek viselkedésére.

Cellatípus	megfigyelés	hivatkozás
Mesenchymális őssejtek	A puha szubsztrátokon (1 kPa) lévő MSC-knél magasabb volt a kollagén-II chondrogén marker és az adipogén marker lipoprotein lipáz expressziója, kevésbé terjedtek, kevesebb volt a stresszrost és alacsonyabb volt a proliferációs rátájuk, mint a kemény szubsztrátokon (15 kPa).	1
Fibroblastok	A merev szubsztrátumon (25 kPa) előkultúrázott pulmonális fibroblasztok PDGF-indukálta kemotaxisa és migrációja szignifikánsan magasabb volt, mint a puha gélen (2 kPa) előkultúrázott sejteké.	2
Endothel sejtek	Endotélsejtek összehúzódása által közvetített neutrofil transzmigráció az érendothelium in vitro modelljének segítségével. A neutrofil transzmigráció az endotél alatti szubsztrát merevségének növekedésével nőtt.	3
Neurális őssejtek	A NSC-k 10 kPa alatti szubsztrátokon proliferáltak, és maximális proliferációt mutattak 3.5 kPa felületeken. A neuronális differenciálódás a leglágyabb, EY < 1 kPa értékű felületeken kedvezett. Az oligodendrocita differenciálódás a merevebb >7 kPa állványokon volt kedvezőbb. Asztrocita differenciálódás csak az <1 és 3,5 kPa felületeken volt megfigyelhető, és a teljes sejtpopuláció kevesebb mint 2%-át képviselte.	4
Tumorsejtek	AzCCN1/CYR61 nagymértékben szabályozza a merevséget az endothelsejtekben. A merevség által kiváltott CCN1 aktiválja a β-katenin nukleáris transzlokációját és jelátvitelét, és hogy ez hozzájárul az N-kadherin szintjének felszabályozásához az endotél felszínén, növelve a rákos sejtek metasztázisát.	5
Rákos őssejtek	A hasnyálmirigyrák szövetekben található fibrotikus merevségek elősegítik az EMT elemeit, beleértve a vimentin expressziójának növekedését, az E-kadherin expressziójának csökkenését, a β-katenin, YAP és TAZ nukleáris lokalizációját, a sejtek alakjának megváltozását a mesenchymális fenotípus felé, valamint a kemorezisztencia indukcióját.	6
Mammary epithelium	ECM merevsége önmagában malignus fenotípust indukál, de hogy a hatás teljesen megszűnik, ha a bazálmembrán ligandumok növekedésével jár együtt.	7
Hepatic Stellate Cells	A magasabb mátrixmerevség a hepatikus stellátuszsejtek transzdifferenciálódásához vezet fibrogén, proliferatív és kontraktilis myofibroblasztokká.	8
Kardiomyocyták	Inverz korreláció az anyag merevsége és a szívszövet-konstrukciók összehúzódásának amplitúdója között a mátrix modulusának változtatásával, különböző összetételű PEG és fibrinogén felhasználásával.	9
Simaizomsejtek<./td>	A 448 és 5804 Pa közötti rugalmassági modulus szabályozta az SMC citoszkeletális összeszerelődését 3D-ben, a merev mátrixokban lévő sejteknél az F-aktin kötegződés mértéke kissé magasabb volt a hosszabb tenyésztés után.	10

CytoSoft^® Elastic Modulus Plates

A mátrix merevségének és merevségének a sejtek viselkedésének szabályozására gyakorolt hatásának elemzésére szolgáló innovatív eszköz, a CytoSoftsup>® elasztikus modulus lemezek segítségével sejteket tenyészthetünk különböző, meghatározott merevségű szubsztrátokon, amelyek széles fiziológiai tartományt (0.2kPA- 64kPa). Minden egyes mélyedés alján egy vékony réteg speciálisan összeállított biokompatibilis szilikon található, amelynek rugalmassági modulusát (merevségét) gondosan megmérik. A CytoSoft^® termékek géljeinek felületét funkcionalizálták, hogy kovalens kötéseket képezzenek a fehérjék aminjaival. Ez a kémiai funkcionalizálás stabil, és a reakcióhoz nincs szükség katalizátorra, ami megkönnyíti a gélfelületek bevonását mátrixfehérjékkel és a sejtek lemezesedését. A sejtek lemezesítése előtt például ajánlott a bevonás ECM-fehérjével, például PureCol^® (5006).

A sejtek lemezesítése előtt.

2. ábra. F-aktin fluoreszcens sejtképalkotás HeLa sejtekben CytoSoft^® képalkotó lemezek (8 kPA) használatával. A sejtek migrációja és adhéziója elemezhető az F-aktin filamentumos citoszkeleton fehérje expressziójának megfigyelésével.

A CytoSoft^® lemezek szilikon szubsztrátjai optikailag tiszták és alacsony önflorescenciával rendelkeznek. Az egyes mélyedésekben lévő szilikonréteg szilárdan kötődik a mélyedések aljához. A hidrogélekkel (például a poliakrilamid gélekkel) ellentétben a szilikon gélek nem érzékenyek a hidrolízisre, nem száradnak ki és nem duzzadnak meg, rugalmasak és ellenállnak a szakadásnak vagy repedésnek, és rugalmas modulusaik (merevségeik) szinte változatlanok maradnak a hosszabb tárolási időszakok alatt.

A CytoSoft^® termékek alkalmasak a sejtek enzimek, például tripszin és kollagenáz. A szubsztrát biokémiai lebomlása nem történik az enzimkezelés alatt vagy után, és a CytoSoft^® lemezről kinyert mintában nem maradnak szubsztrátmaradványok.

A kutatók számára, akik nem biztosak abban, hogy melyik CytoSoft^® lemez merevségét használják, Discovery Kitet kínálunk (5190). Ez a készlet különböző rugalmassági modulusokat tartalmaz, többek között 0,2, 0,5, 2, 8, 16, 32 és 64 kPa-t hét egyedi 6 lyukú lemezben. A rugalmassági modulus meghatározása után a CytoSoft^® Imaging lemezek kiválaszthatók. A CytoSoft^® Imaging lemezek alacsony autofluoreszcenciával és nagy optikai tisztasággal rendelkeznek, így ideálisak a nagy felbontású képalkotáshoz és az élő sejtek képalkotásához.

3. ábra. Primer humán bőrfibroblaszt mátrix merevségének optimalizálása. A 8 kPA rugalmassági modulus optimális mátrixmerevség a bőr fibroblasztok számára, amely az F-aktin stresszrostok csökkenését és a sejtek fokozott adhézióját (Vinculin) mutatja a 0,2 vagy 64 kPa mátrixmerevséghez képest.

Hivatkozások

1. Park JS, Chu JS, Tsou AD, Diop R, Tang Z, Wang A, Li S. 2011. The effect of matrix stiffness on the differentiation of mesenchymal stem cells in response to TGF-?. Biomaterials. 32(16):3921-3930. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.02.019

2. Asano S, Ito S, Takahashi K, Furuya K, Kondo M, Sokabe M, Hasegawa Y. 2017. Matrix stiffness regulates migration of human lung fibroblasts. Physiol Rep. 5(9):e13281. https://doi.org/10.14814/phy2.13281

3. Stroka KM, Aranda-Espinoza H. 2011. Endothelial cell substrate stiffness influences neutrophil transmigration via myosin light chain kinase-dependent cell contraction. 118(6):1632-1640. https://doi.org/10.1182/blood-2010-11-321125

4. Leipzig ND, Shoichet MS. 2009. The effect of substrate stiffness on adult neural stem cell behavior. Biomaterials. 30(36):6867-6878. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.09.002

5. Reid SE, Kay EJ, Neilson LJ, Henze A, Serneels J, McGhee EJ, Dhayade S, Nixon C, Mackey JB, Santi A, et al. 2017. Tumor matrix stiffness promotes metastatic cancer cell interaction with the endothelium. EMBO J. 36(16):2373-2389. https://doi.org/10.15252/embj.201694912

6. Rice AJ, Cortes E, Lachowski D, Cheung BCH, Karim SA, Morton JP, del Río Hernández A. 2017. Matrix stiffness induces epithelial?mesenchymal transition and promotes chemoresistance in pancreatic cancer cells. Oncogenesis. 6(7):e352-e352. https://doi.org/10.1038/oncsis.2017.54

7. Chaudhuri O, Koshy ST, Branco da Cunha C, Shin J, Verbeke CS, Allison KH, Mooney DJ. 2014. Extracellular matrix stiffness and composition jointly regulate the induction of malignant phenotypes in mammary epithelium. Nature Mater. 13(10):970-978. https://doi.org/10.1038/nmat4009

8. Wells RG. 2005. The Role of Matrix Stiffness in Hepatic Stellate Cell Activation and Liver Fibrosis. Journal of Clinical Gastroenterology. 39(Supplement 2):S158-S161. https://doi.org/10.1097/01.mcg.0000155516.02468.0f

9. Shapira-Schweitzer K, Seliktar D. 2007. Matrix stiffness affects spontaneous contraction of cardiomyocytes cultured within a PEGylated fibrinogen biomaterial. Acta Biomaterialia. 3(1):33-41. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2006.09.003

10. Peyton SR, Kim PD, Ghajar CM, Seliktar D, Putnam AJ. 2008. The effects of matrix stiffness and RhoA on the phenotypic plasticity of smooth muscle cells in a 3-D biosynthetic hydrogel system. Biomaterials. 29(17):2597-2607. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.02.005

11. Wilson CL, Hayward SL, Kidambi S. Astrogliosis in a dish: substrate stiffness induces astrogliosis in primary rat astrocytes. RSC Adv.. 6(41):34447-34457. https://doi.org/10.1039/c5ra25916a

12. Paul CD, Hruska A, Staunton JR, Burr HA, Daly KM, Kim J, Jiang N, Tanner K. 2019. Probing cellular response to topography in three dimensions. Biomaterials. 197101-118. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.01.009

13. Rossow L, Veitl S, Vorlová S, Wax JK, Kuhn AE, Maltzahn V, Upcin B, Karl F, Hoffmann H, Gätzner S, et al. 2018. LOX-catalyzed collagen stabilization is a proximal cause for intrinsic resistance to chemotherapy. Oncogene. 37(36):4921-4940. https://doi.org/10.1038/s41388-018-0320-2